CC BY
35
УДК 618.2:612.089
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ДЛЯ ТРЕНИНГА БЕРЕМЕННОЙ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ОЦЕНКОЙ СОСТОЯНИЯ МАТЕРИ И ПЛОДА
К.В. Тимкина1, И.В. Толмачев1,2, Е.Ю. Киселева1, А.А. Андреева2, Я.С. Пеккер1,2
1 Томский политехнический университет 2Сибирский государственный медицинский университет,
г. Томск E-mail: ivantolm@mail.ru
Длительное напряжение регуляторных систем организма матери приводит к истощению адаптационных резервов, нарушению физиологических ритмов и механизмов регуляции, что не может не сказаться на функциональном состоянии плода. В связи с этим актуальной задачей современной медицины становится разработка методик коррекции состояния беременной, основанных на обращении к естественным ресурсам человеческого организма. Целью данной работы является разработка и реализация алгоритма БОС-тренинга для применения в процессе мониторирова-ния функционального состояния системы мать-плод. Для регистрации на поверхности тела матери смешанного электрического сигнала от сердца матери и плода был использован трехканаль-ный регистратор. Анализ вариабельности сердечного ритма включал в себя измерение длительности R-R-интервалов и представление динамических рядов кардиоинтервалов в виде кардио-интервалограммы (КИГ), далее - анализ динамических рядов кардиоинтервалов. Методика опробована на группе беременных на сроке гестации 32-35 недель. По итогам проведенных исследований разработан и реализован алгоритм БОС-тренинга для беременных в виде программного приложения BFB-Pregnansy. Выявлено влияние баланса вегетативной нервной системы матери на уровень симпатической регуляции сердечного ритма плода.
Ключевые слова:
Биологически обратная связь, вегетативная нервная система, система мать-плод, фетальный мониторинг, функциональное состояние.
В связи с прогрессированием патологии беременности проблема неинвазивных методов фетального мониторинга с возможностью коррекции состояния до сих пор является актуальной. Длительное напряжение регуляторных систем организма матери приводит к истощению адаптационных резервов, нарушению физиологических ритмов и механизмов регуляции, что не может не сказаться на функциональном состоянии плода. В связи с этим актуальной задачей современной медицины становится разработка методик коррекции состояния беременной, основанных на обращении к естественным ресурсам человеческого организма [1, 2]. Одним из таких методов является управление с биологической обратной связью, или БОС-тренинг. В его основе лежит способность человека
Тимкина Кристина Вячеславовна, магистрант кафедры промышленной и медицинской электроники Института неразрушаю-щего контроля ТПУ. E-mail: ivantolm@mail.ru Область научных интересов: пе-ринатология, биологическая обратная связь.
Толмачев Иван Владиславович, канд. мед. наук, ассистент кафедры промышленной и медицинской электроники Института неразрушающего контроля ТПУ; ассистент кафедры медицинской и биологической кибернетики СибГМУ, г. Томск. E-mail: ivantolm@mail.ru Область научных интересов: статистическая обработка медицинских данных, перинатология, биологическая обратная связь. Киселева Екатерина Юрьевна, канд. техн. наук, доцент кафедры промышленной и медицинской электроники Института неразру-шающего контроля ТПУ. E-mail: ivantolm@mail.ru Область научных интересов: медицинская электроника,
перинатология, биологическая обратная связь.
Андреева Анна Анатольевна,
инженер кафедры медицинской и биологической кибернетики СибГМУ, г. Томск. Область научных интересов: статистическая обработка медицинских данных, перинатология, биологическая обратная связь. Пеккер Яков Семенович, канд. техн. наук, профессор, зав. кафедрой медицинской и биологической кибернетики СибГМУ; профессор кафедры промышленной и медицинской электроники Института неразру-шающего контроля ТПУ. Область научных интересов: медицинская электроника, медицинская кибернетика, пери-натология.
к сознательному влиянию на функции организма, в обычных условиях не поддающиеся произвольному контролю. Эта методика позволяет получить ряд физиологических эффектов, способствующих более благоприятному течению беременности и облегчающих роды [3].
БОС-тренинг направлен на управление в процессе сеанса частотой сердечных сокращений (ЧСС) за счет дыхательной аритмии сердца. Механизм дыхательной аритмии заключается в колебании ЧСС в соответствии с периодом вдоха -выдоха. Эти колебания являются хорошим индикатором качества дыхания пациентки. Если пациентка добивается максимального колебания ЧСС, то такое дыхание называется диафрагмально-релаксационным.
Аппаратное исследование состояния вегетативной нервной системы является способом объективной оценки состояния здоровья. Преимущество такого подхода - его универсальность. Любые изменения функционального состояния организма неизбежно сказываются на вегетативной нервной системе. При проведении БОС -тренинга использовался анализ вариабельности сердечного ритма, включающий в себя измерение длительности R-Я-интервалов и представление динамических рядов в виде кардиоинтервалограммы (КИГ).
Проводилось сопоставление физиологических показателей в исходном фоновом состоянии и на различных этапах одной реабилитационной процедуры. Для этого применялись:
• анализ динамики регулируемого физиологического показателя (ЧСС матери), непосредственно используемого в формировании зрительных и звуковых образов БОС;
• анализ динамики неуправляемых физиологических показателей матери, характеризующих функциональное состояние различных систем организма, не участвующих в формировании БОС-образов непосредственно в процессе процедуры, до и после нее: моды (Мо), вариационного размаха (dX), амплитуды моды (АМо), индекса напряжения (ИН), ЧСС [4];
• анализ динамики физиологических показателей структуры сердечного ритма плода в процессе тренинга матери: моды (Мо), вариационного размаха (dX), амплитуды моды (АМо), индекса напряжения (ИН), ЧСС.
В настоящее время не существует единого стандарта на проведение сеанса метода БОС. Имеет место многообразие аппаратных и программных средств на рынке медицинской техники, но ни одно из них не могло быть использовано для реализации принципов управления одновременно как матери, так и плода [5]. Это явилось предпосылкой к разработке программного приложения и аппаратной части для БОС-тренинга беременных женщин [6].
Для регистрации на поверхности тела матери смешанного электрического сигнала от сердца матери и плода был использован трехканальный регистратор (рис. 1). В качестве преобразователя биоэлектрических сигналов применялись стандартные одноразовые хлорсеребряные ЭКГ-электроды из вспененного материала с твердым гелем для взрослых с кнопочным подсоединением. Потенциальные электроды накладывались на живот в виде треугольника, референтный электрод - в область левого VII межреберья, а выравнивающий электрод располагается на 5-10 см выше лонного сочленения в зависимости от анатомических особенностей женщины. Такое расположение электродов позволяет зафиксировать сердечную деятельность плода только при одноплодной беременности.
Рис. 1. Внешний вид стационарного варианта прибора для БОС-тренинга
Методика проведения сеанса БОС-тренинга, основная цель которой состояла в обучении беременных женщин навыкам саморегуляции, включала следующие блоки (рис. 2):
• запись состояния матери и плода до тренинга;
• проверка возможностей организма на изменение величины дыхательной аритмии (этап 1);
• отдых 1;
• направлен на увеличение ЧСС матери (этап 2);
• отдых 2;
• направлен на уменьшение ЧСС матери (этап 3);
• отдых 3;
• направлен на увеличение дыхательной аритмии матери и выработку навыков диафрагмаль-но-релаксационного типа дыхания (этап 4);
• запись состояния матери и плода после сеанса.
Подготовительный Психологическое тестирование опросником САН Проверка возможности отдых Сеанс БОС-тренинга
этап беременной управлять ЧСС для увеличения ЧСС
отдых 1
Расчет Психологическое тестирование опросником САН Сеанс БОС-тренинга ^отдых для выработки ДРД отдых Сеанс БОС-тренинга для уменьшения ЧСС
характеристик путем увеличения и уменьшения ЧСС
Рис. 2. Структура сценария БОС-тренинга
Методика реализована в программном комплексе ВРВ-Рге§;папсу (рис.3), с помощью которого осуществлялись фильтрация, запись смешанного сигнала электрокардиограммы матери и плода и разделение сигнала на материнскую и плодную составляющую. BFB-Pregnancy состоит из двух частей:
• Программа БОС-тренинга для регистрации, накопления и обработки сигналов, полученных с абдоминальных электродов (программное приложение BFB-Pregnancy).
• База данных (БД) для хранения информации о пациентках. Структура БД соответствует стандартной истории беременности и включает общие данные, анамнез, диагноз и исследования (программное приложение PregnancyDB).
Рис. 3. Главное окно программы для БОС-тренинга
С помощью программно-аппаратного комплекса BFB-Pregnancy на базе НИИ акушерства, гинекологии и перинатологии Сибирского отделения Российской академии медицинских наук и родильного дома № 4 была обследована группа беременных женщин (10 человек). Обследование проводилось при комфортных условиях: нормальное освещение и температура в помещении, спокойная обстановка, отсутствие отвлекающих и раздражающих факторов (разговор, шум, присутствие посторонних) в течение 18 минут.
Критерии включения в группу:
• срок гестации 32-36 недель;
• относительно здоровые женщины;
• без патологии плода.
Критерии исключения из группы:
• Абсолютные противопоказания:
- тяжелые психические заболевания матери;
- заболевания сердца - как матери, так и плода (аритмии, стенокардия, ишемическая болезнь);
- эпилепсия.
• Относительные противопоказания:
- заболевания кожи, препятствующие наложению электродов.
Полученные записи электрической активностей сердца матери и плода были представлены в виде кардиоинтервалограмм.
Для обработки сигналов был предложен следующий алгоритм:
• расчет характеристик кардиоинтервалограммы после каждого этапа тренинга, представление их в графическом и табличном виде на отдельной форме;
• отслеживание динамики параметров во время тренинга: применялся непараметрический критерий для зависимых данных Фридмана, который считали статистически значимым при р < 0,05;
• для оценки межсистемных взаимодействий проводился корреляционный анализ характеристик сердечного ритма матери и плода. Использовался коэффициент ранговой корреляции R-Спирмена, который считали статистически значимым при р < 0,05.
Статистическую обработку полученных в ходе исследования результатов осуществляли при помощи пакета Statistica 6.0 for Windows.
Каждому этапу БОС-тренинга, включая отдых, соответствует пять количественных признаков: мода сердечного ритма, амплитуда моды сердечного ритма, вариационный размах длительности кардиоинтервалов, индекс напряжения, частота сердечного ритма.
Во время проведения сеансов БОС-тренинга выявлено:
1. Статистически достоверные различия в показателях сердечного ритма как матери (ЧСС, dX) так и плода (dX, AMo, ИН) на разных этапах, что свидетельствует о наличии эффекта БОС -тренинга. На рис. 4, а представлена динамика изменения ЧСС матери на разных этапах тренинга. На рис. 4, б - динамика параметра АМо плода.
2. Положительная корреляция средней силы (R=0,60) между индексом напряжения регулятор-ных систем матери и индексом напряжения регуляторных систем плода. Это свидетельствует о том, что баланс вегетативной нервной системы матери влияет на уровень симпатической регуляции сердечного ритма плода. При любом колебании состояния матери как в сторону повышения, так и в сторону понижения плод реагирует повышением тонуса симпатической системы.
3. Положительная корреляция слабой силы (R=0,40) между ЧСС матери и ИН, АМо плода. Таким образом, чем больше напряжение регуляторных систем матери, тем выше становится тонус симпатической нервной системы плода.
4. Значимая отрицательная корреляция слабой силы (R=-0,38) между Мо матери и ИН, АМо плода. Увеличение влияния гуморального канала матери снижает тонус симпатической нервной системы плода.
Динамика Амо плода в процессе БОС-тренинга
1
т 0 А Л А А А А
щ □ □ □ □ □ □ Т Т 1 Т т
□ Mean
□ Mean+SD
X Mean±1,96*SD
Рис. 4. Динамика изменения показателей БОС-тренинга: а - ЧСС матери; б - АМо плода
Различия в ЧСС матери на разных этапах тренинга можно объяснить тем, что женщины успешно справлялись с поставленной задачей. На начальном этапе тренинга регистрировалась относительно высокая ЧСС, что может быть связано с состоянием стресса женщин в неизвестной обстановке. Наблюдалось повышение тонуса симпатической нервной системы. Контроль ЧСС возможен благодаря дыхательной аритмии сердечного ритма, сопровождающейся изменением тонуса парасимпатической нервной системы на фазах вдох-выдох.
В процессе тренинга женщины выполняли упражнения, что являлось для них незначительной нагрузкой, плод в процессе выполнения сеанса реагировал изменением тонуса вегетативной нервной системы, о чем свидетельствует изменение показателя индекса напряжения. Такие изменения характерны при увеличении тонуса симпатической части вегетативной нервной системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федотчев А.И. Особенности течения сеансов биоуправления с обратной связью по ЭЭГ при нормальном и отягощенном протекании беременности // Журнал высшей нервной деятельности. - 2009. - Т. 59, № 4. - С. 421-428.
2. Пиви Б.С. Танец матери и ребенка: Тренинг БОС для беременности, схваток и изгнания // Биологическая обратная связь. - 1999. - № 4. - С. 17-21.
3. Сметенкин А.А., Ледина В.Ю. Способ подготовки беременной к родам. - Патент РФ № 2134542. МПК8 98121424/14. Опубл. 20.08.1999.
4. Баевский P.M. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. - М.: Медицина, 1979. - 295 с.
5. Ким Е.В. Адаптивное биоуправление с обратной связью и возможности его использования в период беременности и при подготовке к родам // Российский вестник акушера -гинеколога. - 2004. - № 2. - С. 31-34.
6. Пат. на ПМ 79768 РФ. МПК8 A61B 5/04. Устройство для регистрации сердечного ритма плода с абдоминальных электродов // Я.С. Пеккер, К.С. Бразовский, И.В. Толмачев, Е.Ю. Киселева, Л.А. Агаркова, Н.А. Габитова. - Опубл. 20.01.2009, бюл. № 2.
Поступила 20. 11. 2013 г.
